摘" 要：

根據(jù)低溫甲醇洗裝置工藝流程及設(shè)備布置特點，結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗和現(xiàn)場反饋，對現(xiàn)階段裝置管道布置的重難點進(jìn)行闡述，在滿足工藝要求的前提下，最大程度優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗裝置；管道布置；設(shè)計優(yōu)化

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.008

中圖分類號：TQ055.81

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：

1004-8901（2024）04-0026-04

作者簡介：

陳虎（1988年—），男，湖北武漢人，2014年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)材料加工工程專業(yè)，研究生，高級工程師，現(xiàn)主要從事項目管理工作。

Key point Analysis in Pipeline Layout Design of Rectisol Plant

CHEN Hu， CAO Yun-chang

（China Wuhuan Engineering Co.， Ltd.， Wuhan" Hubei 430223， China）

Abstract：

The paper elaborates the current keys and difficulties of pipeline layout in the Rectisol plant， in line with its process flow and equipment layout features and based on possessed design experience and worksite feedback， so as to optimize the design to the maximum extent while meeting the process requirements.

Keywords：

Rectisol plant; pipeline layout; design optimization

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.008

低溫甲醇洗裝置因其技術(shù)成熟、穩(wěn)定性高、溶劑便宜、處理能力大等特點，使之成為大型煤化工、石油化工、天然氣化工等領(lǐng)域脫硫、脫碳技術(shù)的核心裝置［1］。近年來，化工裝置朝著大型化、模塊化、降投資、低能耗的方向發(fā)展，市場競爭也日趨激烈。低溫甲醇洗作為非常成熟的技術(shù)，大規(guī)模的設(shè)計優(yōu)化和修改已比較難實現(xiàn)，如何進(jìn)行可行的設(shè)計再優(yōu)化，為越來越多的設(shè)計人員所關(guān)注。筆者根據(jù)自身專業(yè)特點，結(jié)合多個項目低溫甲醇洗裝置管道布置的設(shè)計經(jīng)驗和現(xiàn)場運(yùn)行情況，從管道布置角度對可能影響項目費(fèi)用、裝置運(yùn)行、后續(xù)技改的關(guān)鍵點進(jìn)行分析，希望能給后續(xù)低溫甲醇洗裝置的設(shè)計工作帶來一定的便利。

1" 低溫甲醇洗裝置管線特點

低溫甲醇洗裝置內(nèi)部管線比較復(fù)雜（見圖1）。按照絕熱類型來分，包括保溫管線、保冷管線、防護(hù)（防燙傷、防冷傷）管線等，系統(tǒng)運(yùn)行溫度在-70 ℃～226 ℃之間；按照介質(zhì)類型來分，多數(shù)為有毒有害、易燃易爆類等，包括液氨、甲醇、工藝氣等；按照管線材質(zhì)來分，包括不銹鋼、碳鋼、低溫鋼、合金鋼等；按照工藝流程特點可分為冷區(qū)和熱區(qū)管線等，需要專業(yè)人員根據(jù)不同管線的特點和工藝要求進(jìn)行合理的設(shè)計。在設(shè)備布置階段，就要事先對主要管線做好規(guī)劃，從源頭上對管道設(shè)計工作進(jìn)行把控，主要工藝設(shè)備與相關(guān)設(shè)備、泵要靠近布置，保證管道布置的合理性。

2" 低溫甲醇洗裝置管道布置要點

管道作為裝置的“血管”，其設(shè)計是否合理與裝置能否正常運(yùn)行息息相關(guān)。低溫甲醇洗技術(shù)成熟，裝置規(guī)模確定之后，設(shè)備外形也能基本確定，不會存在太大的變化。管道布置不同，一定程度上取決于設(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣和經(jīng)驗積累，屬于可控的“變數(shù)”。從現(xiàn)階段反饋的情況來看，不同項目出現(xiàn)的問題可能有所差異，大體上可以從以下幾個方面進(jìn)行說明。

2.1" 尾氣放空管線的布置

低溫甲醇洗裝置凈化之后的尾氣（主要成分為二氧化碳、氮?dú)狻錃?、一氧化碳等）?jīng)過洗滌后放空，由于氣量較大，放空管線口徑也較大，選擇合適的放空點能夠大幅減少管線布置長度，降低布置成本。通常情況下，將該管線引至洗滌塔頂最高點進(jìn)行放空（見圖2），既經(jīng)濟(jì)又緊湊。但根據(jù) GB50030—2013 《氧氣站設(shè)計規(guī)范》表3.0.2-1和表3.0.2-2，若排放的二氧化碳等雜質(zhì)超出該規(guī)范規(guī)定的允許排放濃度，則放空口距空分裝置吸入（風(fēng)）口的水平間距至少要保持300 m的距離。若附塔放空不能滿足要求時，就要預(yù)先在廠區(qū)其他地方找好位置，縮短管線長度，降低材料成本。

2.2" 兩相流管線的布置

裝置正常運(yùn)行時，富甲醇液體中溶解有大量酸性氣體，極易形成兩相流，引起管線振動。特別是附塔管線，出現(xiàn)管線振動的頻率非常高。尤以閃蒸罐（塔）到解析塔的管線最為典型（見圖3），液體通過減壓后在上塔過程中會形成氣液夾帶，影響管線平穩(wěn)運(yùn)行。

為解決該問題，可采取如下措施：

①附塔立管采取縮徑增加液體流速，可有效減少甲醇液中的氣體逸出，避免兩相流產(chǎn)生；

②設(shè)置防振支架；

③在滿足應(yīng)力要求的情況下，盡量減少減壓閥后彎頭數(shù)量和管線長度。

2.3" 切斷閥的布置

如果低溫甲醇洗送氣體精制原料氣管線及液氮洗送低溫甲醇洗復(fù)冷管線切斷閥布置離主工藝管線距離較長，則會造成閥前或閥后不合格原料氣聚集，延長裝置正常開車時間。如果工藝流程圖上沒有特殊說明閥門布置要求，在設(shè)計時極易被忽略。根據(jù)裝置實際運(yùn)行經(jīng)驗，若將兩閥門布置到管線根部（見圖4），下游原料氣合格時間減少至少2～3 h，提升開車效率。

2.4" 氨冷器液氨排放管線的布置

氨冷器中液氨轉(zhuǎn)化之后的氣氨送到氨壓縮機(jī)進(jìn)行加壓循環(huán)，氨冷器中殘余液氨的排放收集是一個比較難解決的問題，究其原因在于氨冷器布置高度受限，換熱之后的液氨壓力極低，無法通過壓力排放到氨合成或其他系統(tǒng)進(jìn)行回收，只能通過自流收集。若布置不合理，會造成停車時液氨集聚，影響系統(tǒng)檢修。為徹底解決該問題，在設(shè)備及管道設(shè)計時可將氨冷器布置在樓面上（原則上高于裝置內(nèi)管廊），然后氨冷器出口液氨可通過自流到廠區(qū)其他的氨回收系統(tǒng)（如氨合成氨受槽等），這一點在布置初期要重點考慮，從源頭上解決液氨的排放和收集問題。氨冷器液氨排放示意見圖5。

2.5" 甲醇排放管線的布置

由于甲醇液體的特殊性（有毒和可燃），不能隨意排放，需要進(jìn)行整體的密閉收集，設(shè)計初期對甲醇排放系統(tǒng)做好合理的規(guī)劃，將會對后續(xù)設(shè)計起到至關(guān)重要的作用。

（1） 甲醇收集總管一般埋地布置，要先施工，考慮到施工誤差，各排放支管應(yīng)設(shè)置可調(diào)節(jié)直管段（見圖6）。

（2） 地上設(shè)備及管道導(dǎo)淋盡量集中布置，引主管上框架進(jìn)行收集，減少各導(dǎo)淋分支管接管長度，優(yōu)化管道布置，減少管線長度。

（3） 高塔會設(shè)置甲醇排放管線，在下塔過程中要適當(dāng)考慮管道柔性，增加自然補(bǔ)償。

（4） 埋地甲醇排放總管應(yīng)盡可能與其他埋地管線一起布置，減少現(xiàn)場開挖工作量，節(jié)省成本。

（5） 埋地主管布置時，需適當(dāng)考慮框架和設(shè)備基礎(chǔ)的大小和深度，盡量避免后期兩者發(fā)生碰撞。

2.6" 對空排放管線的布置

在嚴(yán)格滿足環(huán)保排放的情況下，合理布置對空排放管線非常重要，若工藝條件允許，盡量采用密閉收集。

（1） 根據(jù)排放氣體組分的危害，嚴(yán)格按照規(guī)范要求對排放位置進(jìn)行選擇，減少排放氣對人員操作、環(huán)境保護(hù)等的影響。

（2） 盡量減少對空排放點，以繞管式換熱器為例，可將其頂部放空口與底部導(dǎo)淋口管線連通，排放介質(zhì)一并進(jìn)入甲醇排放總管；氣體介質(zhì)盡量放空至火炬總管進(jìn)行處理。

（3） 甲醇泵出口管線高點排氣不能直接對空排放，需要設(shè)置“雙閥+八字盲板”，將其引到甲醇收集總管進(jìn)行密閉收集，減少可能帶來的安全隱患。

2.7" 附塔管線的布置

低溫甲醇洗裝置有很多板式塔，其管線布置是否合理會影響工藝性能及整體設(shè)計效果?？紤]到操作、檢修的便利性，通常塔上管口處會設(shè)置操作平臺，整體上塔外側(cè)可以分為操作區(qū)和配管區(qū)，管道布置需注意事項如下：

①注意塔盤與主工藝管口之間的相對位置，高塔分為多段時，先考慮主要工藝管口布置，再布置其他管線；

②附塔管線之間預(yù)留足夠的空間安裝支架，避免管線集中時支架與保溫層、保冷層碰撞；

③在考慮基礎(chǔ)不碰撞的情況下，塔盡量靠近框架布置，避免懸空管線過長引起振動或其他問題，同時可降低管道阻力；

④在滿足工藝要求的情況下，將附塔管線上的安全閥移到框架上進(jìn)行布置，便于操作檢修和支架設(shè)置；

⑤考慮到受力，管口附近增加柔性補(bǔ)償（見圖7）。

2.8" 管道支架的設(shè)置

管道支架設(shè)置滿足使用性能、經(jīng)濟(jì)合理為原則。由于低溫甲醇洗裝置管線工況復(fù)雜，支架設(shè)置也有一定的特殊性。

（1） 甲醇密閉排放管線（材料為不銹鋼）未設(shè)置保冷，其操作溫度約為-33 ℃，應(yīng)設(shè)置保冷支架。

（2） 慮到泵的無應(yīng)力對中，最靠近泵入口和出口的支架應(yīng)設(shè)置為可調(diào)支架。

（3） 相鄰附塔管線支架應(yīng)錯開標(biāo)高布置，避免預(yù)埋板或管道支架碰撞。

（4） 循環(huán)氣壓縮機(jī)（若為往復(fù)型）進(jìn)出口管線應(yīng)進(jìn)行脈動分析，設(shè)置防振支架。

3" 影響管道布置的關(guān)鍵因素

（1） 嚴(yán)格按照工藝流程圖和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行布置。設(shè)計人員往往把重點放在管道儀表流程圖主線上，對于其上的一些特殊標(biāo)注極易忽略。以塔器為例，要事先了解工藝包文件上設(shè)備管口的特殊布置要求，提前做好規(guī)劃，避免后續(xù)出現(xiàn)大規(guī)模修改的情況。對于設(shè)備數(shù)據(jù)表和管道儀表流程圖上一些不確定的地方，及時與專業(yè)人員溝通，提升設(shè)計質(zhì)效。

（2） 在設(shè)備布置上下功夫。管線布置是在設(shè)備布置完成之后開始的，設(shè)備布置是在充分考慮管道布置的前提下開展的，兩者相輔相成。應(yīng)在充分考慮主工藝流程、關(guān)鍵大口徑管線走向的前提下進(jìn)行設(shè)備布置，減少管線長度，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。

（3） 管道布置要考慮適當(dāng)?shù)娜嵝?。針對一些特殊溫度、壓力的管線要考慮其柔性，必要時進(jìn)行應(yīng)力計算，以復(fù)核其是否滿足正常運(yùn)行的要求。

（4） 管道布置要有全局性思維。很多專業(yè)的數(shù)據(jù)資料都要體現(xiàn)在管道布置上，如設(shè)備、儀表、工藝特殊件等，在設(shè)計過程中要加強(qiáng)與相關(guān)專業(yè)的交流。

4" 管道布置優(yōu)化設(shè)計發(fā)展趨勢

（1） 為后續(xù)可能的改造升級預(yù)留空間。為保證產(chǎn)品多樣性、節(jié)能降耗，根據(jù)業(yè)主意愿，可在設(shè)計之初對后續(xù)可能產(chǎn)生的改造預(yù)留接口。如預(yù)留一個二氧化碳解析塔位置，為后續(xù)生產(chǎn)尿素預(yù)留空間；將放空的二氧化碳壓縮后送至煤氣化裝置作為輸送氣，可節(jié)省氮?dú)猓皇欠耦A(yù)留未變換系統(tǒng)；上塔甲醇?xì)獍惭b液力透平等。

（2） 塔器上的管道布置模塊化。低溫甲醇洗裝置塔器管道和平臺布置原則基本相同，可將設(shè)備及其附塔管線、平臺整體打包交由專業(yè)廠家完成設(shè)計，現(xiàn)場“穿衣戴帽”進(jìn)行吊裝。在一定程度上可以減少現(xiàn)場施工量，提升施工速度。

（3） 大口徑、厚壁管采用工廠化預(yù)制，降低現(xiàn)場施工成本。

5" 結(jié)語

管道布置看似簡單，實則需要一定的理論功底和實踐經(jīng)驗。設(shè)計前期要做好統(tǒng)籌規(guī)劃；設(shè)計過程要深挖細(xì)節(jié)，厘清上下游關(guān)系；設(shè)計后期還要根據(jù)項目情況盡可能做好優(yōu)化工作。同時兼顧操作、檢修、經(jīng)濟(jì)性及業(yè)主實際需求，是一個系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作。本文結(jié)合設(shè)計過程及項目實踐經(jīng)驗，對低溫甲醇洗裝置典型管道問題和未來展望進(jìn)行了說明，為后續(xù)的設(shè)計工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉霞，何鵬.低溫甲醇洗裝置腐蝕分析與處理［J］.山東化工，2021（50）：125-126.

修改稿日期：

2024-03-30